 近20年来，我国的悬索桥建设取得了快速的发展，先后建成了大跨径的悬索桥诸如广东汕头海湾大桥、广东虎门大桥、江苏江阴大桥、润扬长江大桥、西喉门大桥、重庆鱼嘴两江大桥、贵瓮清水河大桥等，在建设方面我国已经达到世界先进水平。但是，长期以来存在的“重建轻养”意识，导致人们对大桥运营期间的养护重视不足，如何通过科学经济的养护手段将大桥的实际使用寿命达到设计使用寿命，还是个重大课题。因此，有必要明确对桥梁特别是大跨径悬索桥的养护策略，以达到“安全、耐久、适用、环保、经济和美观”的目标。 工程概况 桥梁概述 清水河大桥主桥采用单跨跨径1130m的简支钢桁梁悬索桥，主缆分跨为258+1130+345m，主缆垂跨比为1/10，主缆横桥向间距为27.0m，吊索顺桥向间距为15.2m。在主跨跨中处，主缆与钢桁架之间设置3对柔性中央扣。 主缆预制平行钢丝索股（PPWS）由91根直径为5.25mm的高强度镀锌钢丝组成，钢丝标准强度≥1770MPa。通长索股有179股，开阳侧边跨另设8根索股（背索），锚固于主索鞍锚梁上。索股两端设索股锚头，索股锚头采用热铸锚，在锚杯内浇注锌铜合金，使主缆钢丝与锚杯相连。主缆紧缆完成后，先进行捆扎并安装索夹，待桥面系施工完成后，进行缠丝等防护工作。主缆在主索鞍鞍室及锚室入口等处采用喇叭形缆套密封防护，主缆上方设置主缆检修道。 锚固系统由索股锚固连接构造和预应力拉索锚固构造组成。 主索鞍鞍体采用铸焊结合的混合结构。鞍体下设不锈钢板-聚四氟乙烯板滑动副，以适应施工中的相对移动。散索鞍鞍体采用铸焊结合的混合结构。鞍槽用铸钢铸造，鞍体由钢板焊成。 吊索采用钢丝绳吊索，每一吊点设2根吊索。吊索与索夹为骑跨式连接；与加劲梁为销铰式连接。吊索钢丝绳公称直径为φ60mm，公称抗拉强度为1770MPa，结构形式为8×55SWS+IWR。吊索两端锚头采用叉形热铸锚，锚头由锚杯与叉形耳板构成。锚杯内浇铸锌铜合金，叉形耳板与锚杯通过螺纹连接；每端叉形耳板与锚杯之间的螺纹各设有±20mm的调节量，用以消除制造、架设引起的吊索长度误差。锚杯口设有乙丙橡胶浇制的缓冲器，以改善吊索的弯折疲劳性能。 索夹采用左右相对合的结构形式，左、右半索夹用螺杆相连并夹紧于主缆上，接缝处嵌填橡胶防水条防水。中跨索夹水平间距为15.2m，开阳侧边跨索夹的水平间距为19.8m，瓮安侧索夹的水平间距为19.1m。 主桁架采用带竖腹杆的华伦式结构，桁高7.0m，标准节间长7.6m。包括钢桁架和正交异性钢桥面板两部分，板桁结合。钢桁架包括主桁架和主横桁架以及下平联三部分，其中主桁架包括上弦杆、下弦杆、直腹杆、斜腹杆，主横桁架包括上横梁、下横梁和腹杆三部分，单个构件内部连接采用焊接，节点板间采用高强螺栓连接。 正交异性钢桥面板由桥面板、U肋、三道纵肋和两道次横梁组成。桥面板厚16mm，U肋厚8mm，U肋标准间距60cm。桥面板与主桁架上横梁顶面平齐。也分焊接和高强螺栓连接两种连接方式。 索塔为塔柱、横梁组成的钢筋混凝土框架结构，塔柱为普通钢筋混凝土结构，横梁为预应力混凝土结构。开阳岸索塔高度230m，瓮安岸索塔高度236m/220m。 开阳岸锚碇采用扩大基础结构形式，以中风化灰岩作为持力层。瓮安岸锚碇采用扩大基础结构形式，以中风化灰岩作为持力层。 本桥主要特点 相比同类悬索桥，本桥主要特点如下： （1）半漂浮体系——清水河大桥主桥悬索桥属于半漂浮体系(即塔、墩固结，墩、梁分离，在墩梁之间设有竖向支座)。而且为了限制悬索桥加劲梁的在风振作用下横向位移，还设置了横向抗风支座。除此之外，清水河大桥还采用了柔性中央扣代替跨中短吊索，以避免跨中短吊索的弯折现象，并且提高了悬索桥反对称抗扭刚度，对加劲梁纵向和竖向位移响应较为有利，增大了加劲梁的弯矩和轴力，改善悬索桥体系受力性能，提高大桥整体结构刚度。 （2）主缆缠包带技术——本桥主缆防护采用了“圆钢丝+缠包带+干燥空气除湿”方案。圆形缠丝外缠绕双层缠包带，并辅助氯磺化聚乙烯漆促进双层缠带的硫化。主缆防护从内到外为：镀锌钢丝+氯磺化聚乙烯底漆+第一层主缆缠包带+第二层主缆缠包带，索夹处环缝采用硅酮密封胶封闭。 （3）加劲梁板桁结合——加劲梁包括钢桁架和正交异性钢桥面板两部分，板桁结合。 （4）正交异性钢桥面板铺装——行车道钢桥面铺装结构设计厚度75mm，铺装形式为：40mm高弹改性沥青SMA-13+35mm浇筑式沥青混凝土+防水粘结层+环氧富锌漆+喷砂除锈（Sa2.5）。钢桥面板厚度16mm。 同类桥梁养护维修情况调研 桥梁基本信息及养护频率 为给清水河大桥养护提供参考，作者调研了国内三座悬索桥的养护情况，桥梁基本信息见表1。  通过对江阴大桥、虎门大桥等桥养护工作的调研，主要养护工作频率具体如表2。  重点病害处治情况 通过调研，存在的重点病害及处治情况如下： （1）锚碇渗水 三座桥均存在锚碇渗水问题，处治不到位易反复漏水，根据江阴大桥和虎门大桥的经验，采用了“内外结合”、“堵疏结合”的方式进行治理，目前效果较好。 （2）主缆渗水锈蚀 江阴大桥经开仓检查，主缆跨中存在锈蚀现象，湿度监测结果显示，湿度95%以上，后安装了除湿系统，效果较为明显。所以除湿系统的工作能力需要保证。 （3）吊索索夹螺栓松动，索夹偏位 鱼嘴两江大桥存在索夹螺栓松动和索夹偏位的问题，江阴大桥和虎门大桥目前状况良好，说明预防性养护的重要性，目前鱼嘴两江大桥每月都去复拧一部分，江阴大桥也是每年复拧一部分，每5年全部复拧一遍。 （4）索夹渗水 目前江阴大桥存在过索夹渗水现象，经处治后稳定，其他两座桥未存在渗水现象。 （5）吊索更换 目前江阴大桥存在短吊索提前更换的问题，从更换下来的外观、吊索钢丝的理化分析及力学性能试验来看，轴套已完全磨损失效、销轴表面磨损、钢丝部分锈蚀、钢丝绳第2层股中发现有断丝现象、受损钢丝的扭转值已低于设计要求、但索股整体破断荷载还大于理论计算值。 其他两座桥尚未进行吊索更换。 （6）钢桥面铺装修补与更换 目前三座桥梁均存在钢桥面铺装寿命短的问题，并且均进行了多次修补和更换，通过不断摸索，目前基本能稳定5～8年的寿命。 （7）高强螺栓松动脱落 本次调研三座桥梁均为钢箱梁，不存在高强螺栓，但是结合钢桁架结构特点，高强螺栓松动脱落现象还是较为常见。 （8）钢箱梁涂装更换 三座桥梁涂装的寿命均还可以，且只限于面层更换，无需进行底漆和中间层的更换，都是10～15年做一次面层更换，比如江阴大桥，将其他地方拉毛，重铺面层，虎门大桥因涂装质量仍较好，只重铺了一半的面层。 （9）钢箱梁焊缝开裂 三座桥均存在钢箱梁焊缝开裂问题，多位于纵向加劲肋与桥面板相连部位的焊缝，并且所处焊缝都是现场焊接的，工厂焊接部分的质量还是比较有保证。  养护策略借鉴 根据调研情况看，可以借鉴的养护策略如下： （1）养护思路明确 运营前5年左右是建设期缺陷完善阶段，后5~10年左右是养护规律摸索阶段（通过实施预防性养护手段），再往后则是周期性规律养护阶段，按照规律进行周期性养护。 （2）重视“预防性养护” 鉴于中断交通经济损失较大，管养单位比较重视日常巡检、经常检查、保养小修，很少封闭交通进行大修，“预防性养护手段”贯穿整个养护过程。 通过“预防性养护”措施，可以实现构件寿命的延长。虎门大桥伸缩缝、支座经历20年仍运转良好，无需更换，钢箱梁涂装也经历了20年才开始整体换装，且只换了一半的面层。 （3）养护人员专业化素质较高 江阴大桥和虎门大桥的日常巡查及经常检查均由自己的队伍进行，人员比较专业和敬业，其它项目通过外部委托专业公司进行。 （4）反馈机制较为健全 发现问题能较为迅速地进行处治，对于一些重要构件，能提前与厂家合作，做好维护工作，比如伸缩缝。对于不可更换构件，更是不惜血本，确保预防性养护工作的实施。 （5）重视建设期遗留问题的处治 建设期存在的一些问题，在运营初期爆发，比如江阴大桥存在锚碇渗水、吊索索夹渗水、钢桥面铺装问题、加劲梁位移过大问题，虎门大桥也存在钢桥面铺装问题、锚碇渗水问题等，都进行了专项整治。 （6）对重点部件实施了重点养护 对重点部件实施了重点养护，比如索夹、支座、伸缩缝、铺装等。  养护策略 养护总体思路 本桥养护根据大桥运营的不同阶段实行三阶段养护思路。 （1）“先天不足完善阶段”，按照规范要求的规定动作进行各项工作，同时重点针对建设期遗留问题进行整治，弥补可能存在的先天不足。 根据国内多座悬索桥的调研，大型悬索桥在运营初期可能出现的建设期缺陷主要有锚碇接缝渗水（江阴大桥、虎门大桥、鱼嘴两江大桥）、主缆密封不良导致的渗水（江阴大桥）、局部部件磨损导致的短吊索更换（江阴大桥）、加劲梁纵向位移过大导致的伸缩缝、支座损坏（江阴大桥）、钢桥面铺装病害（江阴大桥、虎门大桥）等。病害不彻底根治，有复发风险，影响大桥的安全性和耐久性。 （2）“养护规律摸索阶段”，按照规范要求的规定动作进行各项预防性养护工作，主要目标是摸索桥梁养护的规律性和平衡点。 （3）“周期性规律养护阶段”，根据各构件养护的规律，基本明确维修处治的周期，实现周期性养护。 大桥构件的劣化和损伤一般都是逐渐累积的、渐变的过程，通过前期预防性养护措施，可以总结某个部件劣化的周期性规律，管养单位可以根据规律的节点进行周期性养护工作，一方面可以延长其使用寿命，一方面可以提前做好修复和更换的准备工作。 养护重点 根据同类桥梁病害发生情况和本桥实际特点，明确养护重点如下： （1）钢结构防腐检查及处治。本桥主缆系统、吊索系统和加劲梁系统均为钢结构，应重视构件防腐养护，发现涂膜劣化达到二级及以上后应及时处治。 本桥设有自动除湿系统，应关注锚室、索鞍及主缆最低点湿度值。除湿系统的目标控制湿度是40%，而湿度达到60%后钢丝锈蚀会加速，因此应控制湿度在40%～60%之间，实行分级预警，同时也应注意除湿系统是否正常工作。 （2）主缆松弛养护。虽然本次调研的几个桥尚未出现该病害，但随着大桥运营时间延长，主缆易出现松弛现象，此时应结合索鞍位移、主塔及锚碇变形、主缆线形、主缆锚跨索股张力综合判断，并进行专项处治，确保大桥正常工作。 （3）吊索索夹滑移防治。根据国外多座悬索桥的实桥测试，随着时间历程，索夹螺杆存在较明显的内力损失。本桥吊索结构为骑跨式，与虎门大桥和鱼嘴两江大桥的一致，目前鱼嘴两江大桥的索夹高强拉杆已存在一定程度的索夹滑移。因此应避免索夹螺杆内力损失过大而导致索夹滑移，索夹螺杆内力降低大于20%～30%时应补拧，本桥计划每年进行1次螺杆内力专项检查和索夹滑移监测，发现不足及时补齐。 （4）加劲梁高强螺栓松动补拧。高强螺栓存在松动脱落剪断的可能，应尽量避免高强螺栓脱落现象的发生，在通过日常检查发现螺栓处涂层剥落或者锈蚀后，应及时检查螺栓剩余内力，不足时补拧至设计内力，尤其是板桁结合部位的高强螺栓。 （5）焊缝裂纹处理。易出现焊缝裂纹的部位为加劲梁，应注意现场日常检查，发现异常后应及时标记，定期进行焊缝裂纹专项检查，并采取止裂措施。 （6）伸缩缝养护。本桥伸缩缝价格昂贵，更换起来既要蒙受巨大经济损失又要影响交通，因此必须加强日常养护，引入厂家定期专业保养，通过预防性养护措施，尽量延长伸缩缝的使用寿命。 （7）桥面铺装周期性修复和更换。钢桥面铺装使用寿命一般较短，更换成本较高，应注意总结规律，合理养护，延长使用寿命。  预防性养护技术 对桥梁实施预防性养护技术，可以有效地延长桥梁的使用周期寿命，降低养护成本 。 做好规定动作是预防性养护的重要措施，规定动作包括检查、监测及常规养护维修。 检查工作包括日常巡查、经常检查、定期检查、特殊检查 。日常巡查包括日巡查和夜巡查，采用目测手段进行，日巡查每天进行一次，夜巡查每周进行一次。经常检查采用目测手段进行，每月进行一次。定期检查采用目测结合仪器，靠近结构物进行全面检查，每年进行一次。特殊检查包括专门检查和应急检查，包括吊索索力检测、螺杆内力检测、焊缝裂纹检测等，根据一定时机触发。 监测工作包括自动化健康监测和人工定期监测，相互作为补充，监测内容包括主缆线形监测、桥面线形监测、加劲梁变形监测、索鞍位移监测、索夹滑移监测、锚碇位移监测、索塔及锚碇沉降监测等。 常规养护维修包括日常保养和小修。日常保养是指桥梁的日常保洁工作，包括桥面、排水系统、伸缩缝、护栏等的日常保养工作，每天进行一次。小修是指对桥梁存在的轻微损伤进行修补工作，包括缆索系统及钢结构防腐、螺栓松动处理等，每年进行一次。 对于重要构件，比如伸缩缝，引入厂家定期维护的方式，每年进行一次专项维护。 大跨径悬索桥是个百年工程，如何通过合理的养护，达到保持甚至延长其使用寿命的目的，是大家共同关心的课题。根据同类大跨径悬索桥的多年养护经验，本文提出了针对清水河大桥养护的养护策略，对该桥的养护具有重要的指导意义，对同类桥梁的养护也具有借鉴意义。 本文刊载 /《大桥养护与运营》杂志 2019年 第1期 总第5期 作者 / 吴正安 杨俊 作者单位 / 贵州中交贵瓮高速公路有限公司 北京中交桥宇科技有限公司 编辑 / 陈晨 美编 / 赵雯 责编 / 陈晖 审校 / 盛超 廖玲 |
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